35
Сначала по вышеприведенной формуле определяют концентрацию
гидроксильных ионов (г-экв/м
3
), которая соответствует необходимому значению
рН гидроксидообразования. Затем измеряют рН стоков и по формулам (2)
рассчитывают концентрацию гидроксильных ионов (г-экв/ м
3
) содержащихся в
сточной воде [25]
По разнице полученных концентраций рассчитывают эквивалентное
количество щелочного реагента (г-экв/м
3
), которое необходимо ввести в сточную
воду для достижения в ней рН гидроксидообразования.
Количество извести, рассчитанное по формуле (2), достаточно также для
связывания (в случае их присутствия в стоке) и выделения в осадок в виде
нерастворимых солей ионов F,
,
,
. При этом растворимость
получаемых солей следующая: CaF
2
16,8 мг/л, Ca(CO
3
)
2
7,1 мг/л, CaSO
4
2000 мг/л,
Ca
3
(PO
4
)
2
1,2 мг/л.
Наиболее дешевым и доступным реагентом является строительная известь.
По содержанию оксида магния её подразделяют на кальциевую (содержание
MgO до 5 %), магнезиальную (содержание MgO до 20 %) и доломитовую (содер-
жание MgO до 40 %) известь. При обработке гальванических стоков предпочти-
тельнее использовать кальциевую известь; сведения по содержанию активной
части в различных сортах извести приведены в таблице ниже.
Таблица 2– Содержание активной части в различных сортах кальциевой
извести
Кальциевая известь
Сорт
Содержание
активной части
(CаO +MgO), %
не менее
Условия поставки
Негашеная комовая
(кипелка)
1
90
Поступает навалом в
крытых железнодорожных
вагонах
2
80
3
70
Негашеная молотая
(порошкообразная)
1
90
Навалом или в бумажных
мешках. Допускается
2
80
36
3
70
применять четырехслойные
бумажные мешки
Гашеная гидратная
(пушонка)
1
67
Поставляется в
непропитанных мешках из
крафтцеллюлозы
2
60
Известь рекомендуется вводить в обрабатываемый сток в виде известко-
вого молока. Концентрацию известкового молока в расходных баках следует
доводить не более 5 % по оксиду кальция.
Рабочие растворы известкового молока могут приготавливаться:
- из известкового теста, содержащего 40-60 % гидроксидов кальция и
магния и получаемого при гашении негашеной извести водой в соотношении (по
массе) 1: (1+1,4);
- известкового шлама (концентрированного известкового молока),
содержащего20-35 % твёрдого вещества и получаемого при гашении негашеной
извести водой в соотношении (по массе) 1:2;
- известкового молока, содержащего 20 % извести и получаемого при
гашении негашеной извести водой в соотношении (по массе) 1: (3+4,5).
При нейтрализации кислых сточных вод известковым молоком, содержа-
щим значительное количество известняка, а также растворами соды некоторые
ионы тяжелых металлов (например, цинк, медь и др.) осаждаются в виде
соответствующих основных карбонатов. Последние менее растворимы в воде,
чем соответствующие гидроксиды. Поэтому при образовании основных карбо-
натов происходит более полный переход ионов тяжёлых металлов в
малорастворимую форму. Дополнительно к этому за счёт образования
слабодиссоциируемых фосфатов и трилонатов кальция известковое молоко поз-
воляет осаждать ионы тяжёлых металлов из сточных вод, содержащих пирофос-
фаты и трилонаты. Кроме того, основные карбонаты большинства металлов
начинают осаждаться при более низких значениях рН, чем соответствующие
гидроксиды.
37
При обработке сточных вод только известью (известковым молоком) вода
приобретает повышенную жесткость (более 10 мг-экв/л). Для умягчения водыи
снижения в ней остаточного содержания ионов тяжелых металлов рекоменду-
ется доочистка стоков карбонатом калия или натрия (кальцинированной содой).
При этом происходит связывание ионов кальция, обуславливающих жёсткость
воды, в малорастворимый карбонат кальция (CaCO
3
), выпадающий в осадок
(растворимость карбоната кальция составляет 7,1 мг/л). Эта соль обладает
сорбционной способностью по отношению к ионам тяжёлых металлов, что спо-
собствует более полному их удалению из сточных вод.
Использование лишь одной кальцинированной соды менее эффективно,
так как в этом случае:
- снижается степень, уплотнения образующихся осадков за счёт менее
выраженных флокулирующих свойств у кальцинированной соды (как и у едкого
натра) по сравнению с известью;
- снижается эффект отстаивания образующихся гидроксидов тяжёлых
металлов за счёт выделения углекислого газа.
При действии карбоната натрия на ионы цинка образуется
труднорастворимое в воде соединение . Экспериментально
установлено, что для обеспечения оптимальных условий осаждения цинка
карбонатом натрия требуется значительное количество реагента. Поэтому
рекомендуется проводить двухступенчатую очистку воды от цинка, предусмат-
ривающую предварительную нейтрализацию свободной кислоты карбонатом
натрия с последующим осаждением цинка едким натром.
Практически полное выпадение гидроксида меди происходит при рН=8-
10, а с увеличением рН возможно образование растворимых купритов (NaHCuO
2
илиNaHCuO
3
). Целесообразно осаждать катионы меди (II) из водыв виде
гидроксокарбоната, нерастворимого в воде Cu
2
(OH)
2
CO
3
. При обработке сточной
воды, содержащей пирофосфат меди, известковым молоком даже в небольшом
32
2
ZnCO Z n OH H O
38
его количестве (0,1 % по СаО) концентрация меди в сточной воде при рН >10
снижается ниже 0,02 мг/л.
Практикой очистки сточных вод установлено, что при совместном осажде-
нии гидроксидов двух или нескольких металлов при одной и той же величине рН
достигаются лучшие результаты, чем при раздельном осаждении каждого из
металлов. При локальном обезвреживании медь-, кадмий-, никель-,
цинксодержащих потоков в качестве щелочного реагента рекомендуется исполь-
зовать известь (лучше III сорта, содержащую «недожог» CaCO
3
). При этом
расход извести составляет на 1 весовую часть(в.ч.) кадмия - 0,5 весомую часть
СаО, никеля -0,8 весомую часть СаО, цинка - 1,2 весомую часть СаО.
На процесс очистки стоков от тяжелых металлов могут влиять
органические примеси, являющиеся добавками в технологических растворах
[24] Так, например, при очистке стоков от никеля, в присутствии 1,4-бутиндиола
и сахарина (рН) гидроксидобразования, сдвигается в нейтральную область и
остаточное содержание никеля в растворе резко уменьшается: от 0, 1 до 0,01-0,04
мг/л. В тоже время, в присутствии композиции Лимеда НЦ-10 невозможно
достичь концентрации никеля ниже 0,23 мг/л.
В качестве щелочных реагентов могут быть использованы отработанные
щелочные растворы гальванического производства, а также другие
производственные отходы, например, карбидный шлам. Состав карбидного
шлама: гидроксид кальция 36-51 %; карбонат кальция 0,9-7,3 %; сульфат кальция
0,4 %;оксиды железа и алюминия ≤0,8 %; сульфид кальция ≤0,5%; диоксид
кремния 0,4 %; силикат кальция 1,2%; вода 45-68 %; сероводород 400-800 мг/л;
ацетилен 400-699 мг/л; фтористый водород 1 мг/л.
Перед использованием карбидного шлама в качестве нейтрализующего ре-
агента, рекомендуется обдувка из него взрывоопасных и токсичных газов возду-
хом непосредственно в резервуаре для хранения карбидного шлама на
ацетиленовой станции. Рабочие растворы карбидного шлама готовят путём
егорастворения до 5 %-ой концентрации по СаО. Более глубокая очистка воды
39
от ионов многих металлов возможна путём осаждения их в виде труднораство-
римых сульфидов. Оптимальные значения рН при осаждении цинка сульфидом
натрия составляет 2,5-3,5, при осаждении кадмия - 4. Однако, в этом случае
следует строго нормировать добавление сульфидных реагентов, так как избыток
сульфидов резко увеличивает экологическую опасность стоков (ПДК сульфидов
0,005 мг/л, что значительно меньше, чем для ионов многих тяжелых металлов).
Следует отметить, что скорость ионных реакций в водных растворах ве-
лика и обычно реакции протекают практически мгновенно. Отделение
образующихся в процессе реагентной обработки грубодисперсных
нерастворимых соединений осуществляется чаще всего отстаиванием, флота-
цией и другими методами, мелкодисперсных – фильтрованием, осаждением в
центробежном поле и т.д. Выбор методов осветления сточных вод зависит от
дисперсности частиц, физико-химических свойств и концентрации примесей,
расхода сточных вод, требуемой степени осветления и т.д.
Методы осветления обычно позволяют извлекать из сточных вод взвешен-
ные частицы крупностью более 5-10 мкм. Для удаления частиц меньше крупно-
сти необходимо предварительное их укрупнение коагуляцией, флокуляцией или
другими методами.
Взвеси сточных вод состоят, как правило, из полидисперсных частиц,ско-
рости осаждения, которых различны и, кроме того, изменяются в процессеотста-
ивания вследствие коагуляции частиц.
Скорость осаждения взвешенных частиц составляет (мм/с):
для гидроксидов тяжёлых металлов с диаметром частиц менее 0,2-0,005мм;
0,25-(0,005-0,015мм); 0,3-(0,015-0,1мм).
для гидроксидов тяжёлых металлов, обработанных коагулянтом с концен-
трацией до 50 мг/л(0,35-0,45), 50-250 мг/л(0,45-0,50), с концентрацией более 250
мг/л(0,50-0,60).
Применение флокулянтов приводит к увеличению скорости осаждения
взвешенных частиц на 15-20 %. В процессе осаждения в верхней части емкости
40
со сточными водами появляется граница между осветленной водой и взвесью.
Наряду с образованием области осветленной воды (I) и области свободного
осаждения (II) на дне емкости образуется область осадка (IV), в котором идет
медленное уплотнение частиц. В очень разбавленных взвесях граница
осветленной воды становится четкой только через значительный промежуток
времени. Над осадком (IV) образуется слой сгущенной суспензии, в которой
твердые частицы расположены настолько тесно, что дальнейшее уплотнение воз-
можно только путем вытеснения жидкости из пространства между частицами
(область стеснённого осаждения III). Выше находится переходная зона (Iи II),
плотность которой уменьшается снизу-вверх. В этой зоне формируетсяобласть
II. По мере отстаивания объемы осветлённой зоны в области I и осадка в области
IV возрастают, при этом одновременно происходит уплотнение осадка в области
III.Отстаивание заканчивается, когда области II и III исчезают и завершается
уплотнение сгущенной суспензии, что соответствует полному разделению её на
осадок и осветленную жидкость.
Для осветления сточных вод широко применяются отстойники периодиче-
ского и непрерывного действия. В процессе непрерывного отстаивания в
аппарате образуются те же области, но в отличие от периодического отстаивания
эти области не изменяются по высоте.
Отстойники периодического действия используют обычно при небольших
расходах или периодическом поступлении сточных вод. Эти отстойники
представляют собой металлические или железобетонные резервуары с
коническим днищем. Отстойник заполняют сточной водой, и после отстаивания
взвеси производят декантацию осветлённой воды с помощью сифонной трубки
или кранов, расположенных выше уровня осадка. Осадок выгружают вручную
или с помощью специальных спускных устройств. При небольшом количестве
грубодисперсных примесей в сточной воде осадок удаляют после нескольких
декантаций. Размеры отстойника определяются, в основном, расходом сточных
41
вод и кинетикой осаждения взвешенных частиц. Число отстойников
принимается не менее двух, оба рабочие [23]
Продолжительность отстаивания составляет не менее 2-х часов.
Тонкослойные отстойники применяются для осветления слабо
концентрированныхсточных вод. Конструктивно они оформлены в виде резер-
вуара с полочными или трубчатыми вставками, расположенными под углом,
обеспечивающим естественное сползание осадка к шламосборнику.
Отстойники непрерывного действия (горизонтальные, радиальные и
вертикальные)применяют при больших расходах сточных вод. В них вода
поступаети удаляется непрерывно, а осадок выгружается из отстойника
периодически.
В горизонтальных и радиальных отстойниках горизонтальная
скоростьдвижения воды для осаждения хлопьев гидроксидов железа, алюминия
и цветныхметаллов составляет 3-5 мм/с или 10-18 м/ч. Производительность от-
стойникапо осветлённой жидкости ( м
3
/с) составляет:
, (4)
- скорость осаждение взвешенных частиц, мм/с;
- длина отстойника,м;
- ширина отстойника, м;
- поверхность отстойника, м
2
.
Уравнение (4) показывает, что производительность отстойника не зависит
в явном виде от его высоты, а зависит от скорости и поверхности осаждения.
Поэтому отстойники имеют значительную поверхность осаждения
приневысокой высоте, которая для горизонтальных отстойников обычно не
превышает1,8-4,5 м, а для радиальных отстойников - не более 7 м. Из-за
наличияв промышленных аппаратах застойных зон и вихреобразования
осветляемойжидкости в инженерных расчётах поверхность отстойника,
определенную поуравнению (4), обычно увеличивают ориентировочно на 30-35
%.
осв
Q
1000 1000
осв oc oc
Q w l b w F
oc
w
l
b
F
42
В вертикальных отстойниках обрабатываемая вода проходит снизу-вверх
через слой выделяющегося из воды осадка, поддерживая его во взвешенном со-
стоянии. Скорость движения осветляемой воды снизу-вверх меньше скорости
свободного осаждения частиц шлама. Поэтому взвешенные частицы шламане
выносятся из отстойника потоком осветляемой воды, а происходит лишь расши-
рение слоя шлама. Работа осветлителей со взвешенным слоем осадка основана
на явлении контактной коагуляции. Последняя, в отличие от коагуляции, проис-
ходящей в свободном объёме, протекает на поверхности сорбента.При этом кол-
лоидные и взвешенные примеси воды сближаются с частицамисорбента и под
действием молекулярных сил прилипают к их поверхности илиранее осевшим на
них частицах примеси. Контактная коагуляция в процессахводообработки
характеризуется двумя особенностями. Первая из них заключаетсяв
относительно быстром извлечении из воды мелких частиц крупными, так как
интенсивность прилипания мелких частиц к крупным значительнобольше, чем
интенсивность слипания мелких частиц. Вторая особенность заключаетсяв том,
что расход реагента, необходимый для нарушения агрегативной устойчивости
загрязняющих воду примесей, может быть меньше, чем расход при коагулирова-
нии в свободном объёме. Сооружения, работающие поэтому принципу,
называются осветлителями. Осветлители применяются приосаждении хлопьев
гидроксидов железа, алюминия, цветных и тяжёлых металлов, когда осаждаю-
щиеся частицы легко агрегируются [22]
Концентрация взвесейв воде, поступающей в осветлители, не должна пре-
вышать 4 г/л. Наиболее эффективноприменение осветлителей при содержании в
воде агрегирующихсявзвесей до 1,5 г/л. Для достижения эффективной работы
осветлителя необходимо избегать резких колебаний нагрузки, а также
поддерживать стабильную температуру обрабатываемой воды, колебания кото-
рой не должны превышать ±1 °С за 1 час.
Для ускорения процесса хлопьеобразования, увеличения скорости
осаждения хлопьев, повышения качества очищенной воды, а в ряде случаев и для
43
коагуляции коллоидных примесей используют некоторые высокомолекулярные
вещества – флокулянты.
2.2 Обоснование целесообразности модернизации существующей
технологической схемы
Выбор метода очистки и конструктивное оформление процесса
производятся с учетом следующих факторов:
1) санитарных и технологических требований, предъявляемых к качеству
очищенных вод с учетом дальнейшего их использования;
2) количества сточных вод;
3) наличия у предприятия необходимых для процесса обезвреживания
энергетических и материальных ресурсов (пар, топливо, сжатый воздух, электро-
энергия, реагенты, сорбенты), а также необходимой площади для сооружения
очистных установок;
4) эффективности процесса обезвреживания.
Так как на заводе нет механической очистки, то перед более тонкой очист-
кой сточные воды процеживают через решетки и сита, которые устанавливают
перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей, которые
могут засорить трубы и каналы.
Сброс очищенных сточных вод производится в городскую канализацию.
Вода из городской сети:
– поступает в производственные цехи, откуда после прохождения техноло-
гического цикла направляется на очистные сооружения, очищается и сливается
в городскую канализацию;
– на хозяйственно- бытовые в корпуса завода и сливаются в канализацию.
Объем водопотребления и водоотвода составляет 60600м
3
/ год.
44
На заводе заключен договор на водопотребление и водоотведение №1-От
01.01.2015 и действует на весь текущий год.
На заводе отсутствует ливневая канализация.
На заводе имеется система оборотного водоснабжения для охлаждения
компрессоров с установленными градирнями объемом системы 60 м
3
.
Необходимость реконструкции подтверждено следующими соображени-
ями:
1. Технология очистки сточных вод регентами – процесс весьма сложный,
необходимо большое количество реагентов, затруднена доставка. Необходимо
иметь большое количество емкостей для их хранения. Весьма ощутимо
количество шлама для его хранения необходимо около 30 емкостей. Основа-
тельно не решен вопрос их захоронения.
2. Оборудование очистных сооружений производства АО «КНИРТИ»
изношено на 74%, особенно насосы. Отсюда вытекает вывод: необходимо
реконструкция с самой прогрессивной технологией, с закупкой оборудования
под нее.
2.3 Расчет реагентного хозяйства и эффективности очистки
В смесителе при подаче известкового молока происходит процесс
нейтрализации. Нейтрализация — это реакция между ионами водорода и
гидроксида, приводящая к образованию недиссоциированных молекул воды.
Н
+
+ ОН
-
→ Н
2
О
При значении pH меньше семи - среда кислая, поэтому проводится процесс
нейтрализация для повышения рН среды. Для расчёта щелочного реагента на
нейтрализацию кислоты и осаждения гидроокиси металлов, требуется рассчи-
тать расход товарной извести. Кроме того, произвести расчет концентрации
взвешенных веществ после нейтрализации [21]